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Química Inorgánica
El átomo
Ing. Santiago Figueroa Lorenzo
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Correo electrónico: [email protected]
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Sitio Web de la Asignatura: http://urmate.jimdo.com
Objetivos Específicos
1- Introducir el conocimiento de la unidad de materia más
pequeña
Contenido
UNIDAD II. Comprender la relación entre materia y
energía
Introducción
Como comenzar el estudio de la materia sin tener un
conocimiento incipiente de lo que representa la
unidad básica fundamental de materia.
El átomo
El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento
químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que
no es posible dividir mediante procesos químicos.
Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se
concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de
electrones.
El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y
neutrones, eléctricamente neutros.
Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a
este mediante la fuerza electromagnética.
El átomo
El nombre «átomo» proviene del latín «atomum», y este del
griego «ἄτομον», «sin partes»; también, se deriva de «a» (no)
y «tomo» (divisible); no divisible.
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que
compone la materia del universo fue postulado por la escuela
atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no
quedó demostrada hasta el siglo XIX.
Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se
comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más
pequeñas.
Clasificaciones del
átomo
Los átomos se clasifican de acuerdo al número de
protones y neutrones que contenga su núcleo.
•
El número de protones o número atómico determina
su elemento químico.
• El número de neutrones determina su isótopo.
Características del
átomo
• Los átomos son objetos muy pequeños con masas
igualmente minúsculas: su diámetro y masa son del
orden de la billonésima parte de un metro y
cuatrillonésima parte de un gramo.
• Solo pueden ser observados mediante instrumentos
especiales tales como un microscopio de efecto túnel.
• Más de un 99,94% de la masa del átomo está
concentrada en su núcleo, en general repartida de
manera aproximadamente equitativa entre protones y
neutrones.
Características del
átomo
• El núcleo de un átomo puede ser inestable y sufrir una
transmutación mediante desintegración radioactiva.
• Los electrones en la nube del átomo están repartidos en
distintos niveles de energía u orbitales, y determinan las
propiedades químicas del mismo.
• Las transiciones entre los distintos niveles dan lugar a la
emisión o absorción de radiación electromagnética en
forma de fotones, y son la base de la espectroscopia.
Núcleo Atómico
Los protones y neutrones de un átomo se encuentran ligados en el núcleo
atómico, la parte central del mismo. El volumen del núcleo es aproximadamente
proporcional al número total de nucleones, el número másico A,5 lo cual es mucho
menor que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de 105 fm o 1 ångström
(Å). Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho
más intensa que la fuerza electromagnética a distancias cortas, lo cual permite
vencer la repulsión eléctrica entre los protones.
Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se
denomina número atómico y se representa por Z. Los átomos de un elemento
dado pueden tener distinto número de neutrones: se dice entonces que son
isótopos.Ambos números conjuntamente determinan el núclido.
Núcleo Atómico
El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy energéticos
en comparación con las reacciones químicas. Los núcleos inestables
sufren desintegraciones que pueden cambiar su número de protones y
neutrones emitiendo radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en
otros más ligeros en una reacción nuclear o espontáneamente.
Mediante una cantidad suficiente de energía, dos o más núcleos pueden
fusionarse en otro más pesado.
En átomos con número atómico bajo, los núcleos con una cantidad
distinta de protones y neutrones tienden a desintegrarse en núcleos
con proporciones más parejas, más estables. Sin embargo, para valores
mayores del número atómico, la repulsión mutua de los protones
requiere una proporción mayor de neutrones para estabilizar el
núcleo.7
Nube de Electrones
Los electrones en el átomo son atraídos por los protones a través de la fuerza
electromagnética. Esta fuerza los atrapa en un pozo de potencial electrostático
alrededor del núcleo, lo que hace necesaria una fuente de energía externa para
liberarlos. Cuanto más cerca está un electrón del núcleo, mayor es la fuerza
atractiva, y mayor por tanto la energía necesaria para que escape.
Los electrones, como otras partículas, presentan simultáneamente propiedades
de partícula puntual y de onda, y tienden a formar un cierto tipo de onda
estacionaria alrededor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una de estas
ondas está caracterizada por un orbital atómico, una función matemática que
describe la probabilidad de encontrar al electrón en cada punto del espacio. El
conjunto de estos orbitales es discreto, es decir, puede enumerarse, como es
propio en todo sistema cuántico. La nube de electrones es la región ocupada por
estas ondas, visualizada como una densidad de carga negativa alrededor del
núcleo.
Nube de Electrones
Cada orbital corresponde a un posible valor de energía para los
electrones, que se reparten entre ellos. El principio de exclusión de
Pauli prohíbe que más de dos electrones se encuentren en el mismo
orbital. Pueden ocurrir transiciones entre los distintos niveles de
energía: si un electrón absorbe un fotón con energía suficiente, puede
saltar a un nivel superior; también desde un nivel más alto puede acabar
en un nivel inferior, radiando el resto de la energía en un fotón. Las
energías dadas por las diferencias entre los valores de estos niveles son
las que se observan en las líneas espectrales del átomo.